7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性课件（共16张PPT）

7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性
2020-2021学年度人教版高中物理必修2
第七章 万有引力与宇宙航行
议一议
V水=5m/s
V船=5m/s
轮船相对河岸的速度是多少？
再议一议
V水=0.2倍光速
飞船上宇航员发出的激光速度是多少？
答案：等于光速！
物理学上的里程碑
牛顿力学时空观（绝对时空观）时间和空间独立于物体及其运动
相对论时空观：时间和空间被联系在一起，它们互相联系又互相制约，物质的运动对时间和空间有一定的影响
牛顿力学时空观（绝对时空观）
经典
力学
（牛顿力学）
静力学（描述静止物体）
运动学（描述物体运动）
动力学（描述物体受力作
用下的运动）
牛顿主要贡献
牛顿
伽利略、第谷
哥白尼、亚里士多德
笛卡尔、胡克、哈雷等
经典力学金字塔的建立
开普勒
牛顿所说：“如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。”
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更确立了牛顿的地位，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，经受实践检验。
经典力学的困境
低速世界(经典力学)
高速世界（相对论）
经典力学的困境
在宏观低速的世界：一切都理所当然？
宏观物体低速运动（远小于光速），经典力学完全适用。
时间和空间没有联系，相互独立，与物体及其运动状态都没有关系。
当一些问题(如微观领域的深入)牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血。
物体的相关物理量（位移、质量、大小等）与物体的运动状态都无关。
不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的位移、时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的，这是天经地义的。
从低速到高速（接近光速）
物体的质量随速度的增大而增大
随着物体速度的加快，时间会变慢。将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动，随后进行比较，地上的钟表总比快速移动的快。
物体以接近光速运行时所表现出的长度会比它静止时更短。
爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。
从宏观到微观
19世纪末-20世纪初，深入到微观领域，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，很多情况下经典力学说明不了。
量子力学
从弱引力到强引力
物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用
天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为1 m,如白矮星)，天体间的引力就趋于无穷大 ，强引力。
爱因斯坦广义相对论
经典力学与相对论互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
经典力学与相对论
经典力学
狭义相对论
广义相对论
量子力学
宏观低速
高速
微观世界
强引力
科学的发展是在曲折中不断上升的
（1）对证据的质疑：水星旋进数据
观测值：43秒/百年
爱因斯坦计算相对论值：43.03秒/百年
最新相对论值（太阳非正球体）：39.6秒/百年
（2）对共设的质疑：光速不可超越吗？
哲学：光速是否只是某一时空层次的极限速度？随着目前认识的宇观世界更大结构层次的发现，光速是否会被超越？
例如：相对论是一定正确的吗？
例如：量子力学就不会错吗？
新的理论会代替量子力学吗？
“事件同时的相对性”：相对论物理认为沿着运动前方的事件先发生。
时间的相对性：
动钟变慢
长度的相对性：
动尺缩短
课堂小结
谢谢聆听